DISSIPATIVE STRUCTURE OF CONTACT-FRICTION INTERACTION AT METAL CUTTING

The article considers the dissipative structure of contact interaction at cutting metals and its operation mechanism. Researches were carried out at turning steel 45, stainless steel 12X18H10T and a titanium alloy VT22 by the cutters made of high speed tool steel P6M5. The morphology of the tool cutting wedge surface layer was studied by means of a raster electronic microscope. Chip shrinkage was determined by the weight method. The deformation state of the chip formation zone was analyzed by the microstructure of chip roots. Digital images of microstructures were analyzed by means of a computer metallography. The dissipative structure of contact and friction interaction consists of the island-shape and continuous growths densely linked to the cutting wedge surface, strengthened subsurface layer and adsorption films on the external surface of growths. The main properties of the dissipative structure are determined by the laws of non-equilibrium thermodynamics as their functioning is connected with the conversion of contact interaction energy into heat and its dispersal in environment. Another property is minimization of the power effect of the deformation process of chip formation on cutting wedge condition. Under the steady-state process of contact interaction, or during a quasi-steady state, the main dissipative processes are implemented due to frictional interaction between the external surface of the growths and the coming off chip. The intensity of the dissipative process is determined by the friction coefficient which accepts various values depending on the structural condition of the growth surface layer and presence of the adsorption film on it. The more complete the dissipation process, the less energy is spent for cutting wedge wear, and the higher is cutting tool durability. Lubricant cooling technological environment actively influences the state of the dissipative structure at cutting due to the formation of steady adsorption films lowering the friction coefficient between the coming-off chip and the cutting tool. Decrease in the coefficient of friction results in the reduction of contact stresses. The latter causes the changes in the stress-strain state condition of the whole deformation area of chip formation. The authors have proposed the architectonics of the dissipative structure of the contact-friction interaction under metal cutting and its operation mechanism. During the quasistationary period of cutting the dissipation in the zone of secondary plastic deformations is implemented due to the different modes of frictional processes between the coming off chip and external surfaces of growths. Influencing the nature of the frictional process, it is possible to control the durability of the cutting tool and quality of machining.

non-equilibrium process, dissipative structure, plastic deformation, friction coefficient, cutting tool, growth, durability

1. Бобров В.Ф., Грановский Г.И., Зорев Н.Н. Развитие науки о резании металлов. М.: Машиностроение, 1967. 416 с.

2. Воронцов А.Л., Султан-Заде Н.М., Албагачиев А.Ю. Разработка новой теории резания. 1. Введение // Вестник машиностроения. 2008. № 1. С. 57-67.

3. Заковоротный В.Л., Фан Динь Тунг, Быкадор В.С. Самоорганизация и бифуркация динамической системы обработки металлов резанием // Известия высших учебных заведений. Прикладная неравновесная динамика. 2014. Т. 22. № 3. С. 26-39.

4. Ким В.А. Самоорганизация в процессах упрочнения, трения и изнашивания режущего инструмента. Владивосток: Дальнаука, 2001. 203 с.

5. Ким В.А., Якубов Ф.Я., Схиртладзе А.Г. Мезомезаника процессов контактного взаимодействия при трении и резании металлов. Старый Оскол: ООО «Тонкие наукоемкие технологии», 2017. 244 с.

6. Мигранов М.Ш., Шустер Л.Ш. Особенности термодинамических процессов на контактных поверхностях режущего инструмента // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. № 4-3. С. 1126-1129.

7. Иванова В.С., Баланкин А.С., Бунин И.Ж., Оксогоев А.А. Синергетика и фракталы в материаловедении. М.: Наука, 1994. 383 с.

8. Федоров С.В. Основы трибоэргодинамики и физико-химические предпосылки теории совместимости. Калининград: Калининградский государственный технический университет, 2003. 415 с.

9. Федоров С.В., Ассенова Э. Синергетический принцип самоорганизации при трении // Вестник науки и образования Северо-Запада России, 2017. Т. 3. № 3. С. 21-41.

10. Кремнева Л.В., Снегирева К.К., Ершова И.В. Методика расчета коэффициента диссипации энергии при резании материалов // Вестник МГТУ «Станкин», 2014. № 4 (31). С. 119-122.

11. Кабалдин Ю.Г., Олейников А.И., Бурков А.А. Синергетический подход к анализу динамических процессов в металлорежущих станках // СТИН, 2003. № 1-2. С. 3-6.

12. Ким В.А., Каримов Ш.А. Проявление физической мезомеханики при контактном взаимодействии и изнашивании // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. 2014. № II-1(18). C. 79-85.

13. Якубов Ч.Ф. Упрочняющее действие СОТС при обработке металлов резанием. - Симферополь: ОАО «Симферопольская городская типография», 2008. 156 с.

14. Верхотуров А.Д., Якубов Ф.Я., Ким В.А., Коневцов Л.А., Якубов Ч.Ф. Роль воздуха в контактных процессах резания металлов // Ученые записки КнАГТУ. 2014. № III-1 (19). С. 65-72.

15. Отряскина Т.А., Ким В.А., Сарилов М.Ю. Структурно-количественные соотношения процесса стружкообразования // Фундаментальные исследования. 2014. № 6-5. С. 932-936.

16. Хирионен Дж. Ионная имплантация / пер. с англ. М.: Металлургия, 1985. 302 с.